Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/10076
Title: Μεταβατική συμπεριφορά γειώσεων ανεμογεννητριών
Other Titles: Transient behavior of wind turbine grounding system
Authors: Βομβύλα, Μαρία
Keywords: Μεταβατική συμπεριφορά
Ανεμογεννήτριες
Γείωση
Keywords (translated): Transient behavior
Wind turbines
Grounding
Abstract: Η αντικεραυνική προστασία των ανεμογεννητριών, αποτελεί ένα πρόβλημα με αρκετές ιδιαιτερότητες, εξαιτίας της μορφής και της τοποθέτησης των κατασκευών αυτών σε μέρη που είναι ευάλωτα σε κεραυνικά πλήγματα και πολλές φορές σε εδάφη που παρουσιάζουν δυσμενείς συνθήκες γείωσης. Για αυτούς τους λόγους, η γείωση των ανεμογεννητριών χρήζει ιδιαίτερης προσοχής και διεξάγονται συνεχώς έρευνες για την αποτελεσματικότητα και βελτίωση των συστημάτων της αντικεραυνικής προστασίας τους. Αντικείμενο της παρούσης εργασίας, είναι η εξομοίωση της μεταβατικής συμπεριφοράς του συστήματος γείωσης μια ανεμογεννήτριας. Σκοπός της είναι να υπολογιστούν και να μελετηθούν η βηματική τάση και η τάση επαφής που αναπτύσσονται στον άνθρωπο που βρίσκεται κοντά στην ανεμογεννήτρια, σε περίπτωση που η αυτή δεχθεί κεραυνικό πλήγμα. Η ανάλυση των αναπτυσσόμενων βηματικών τάσεων και των τάσεων επαφής, έγινε για διάφορα κεραυνικά πλήγματα στην ανεμογεννήτρια, με διαφορετικές τιμές ρεύματος κορυφής και για διαφορετικά υλικά κατασκευής των θεμελίων της. Στο τέλος γίνεται σύγκριση των μετρήσεων της αναπτυσσόμενης βηματικής τάσης και της τάσης επαφής για τις διάφορες περιπτώσεις και αναφέρονται πιθανές επιπτώσεις που θα έχουν για τον άνθρωπο. Για την προσομοίωση του συστήματος γείωσης χρησιμοποιήθηκε το μοντέλο της κυκλωματικής προσέγγισης, σύμφωνα με το οποίο τα ηλεκτρόδια γείωσης παριστάνονται από κατανεμημένα κυκλώματα, αποτελούμενα από εν σειρά επαγωγές και αντιστάσεις, καθώς και εγκάρσιες αγωγιμότητες και χωρητικότητες. Για το ανθρώπινο ισοδύναμο μοντέλο, χρησιμοποιήθηκε η σύνθεση συνδυασμών ηλεκτρικών στοιχείων, καθένα από τα οποία αναπαριστά συγκεκριμένο μέρους του σώματος. Η μοντελοποίηση του συστήματος, έγινε στον υπολογιστή χρησιμοποιώντας το πρόγραμμα προσομοίωσης ATP-EMTP, ενώ οι τιμές των διαφόρων μεγεθών του, υπολογίστηκαν με τη βοήθεια του Microsoft Excel. Αναλυτικότερα: Στο κεφάλαιο 1, γίνεται μια εισαγωγή στην έννοια της γείωσης, η εξοικείωση του αναγνώστη με βασικούς όρους, καθώς επίσης αναφέρονται τα διάφορα είδη και συστήματα γείωσης και τα είδη των ηλεκτροδίων γείωσης. Επίσης γίνεται μια αναφορά στις ιδιαιτερότητες προστασίας των ανεμογεννητριών και τις διατάξεις γείωσης αυτών. Στο κεφάλαιο 2, παρουσιάζονται η αντίσταση γείωσης, η ειδική αντίσταση του εδάφους, η κρουστική σύνθετη αντίσταση και η κρίσιμη ένταση του ηλεκτρικού πεδίου, τα οποία είναι τα κύρια στοιχεία που επηρεάζουν την απόκριση των συστημάτων γείωσης. Στο κεφάλαιο 3, γίνεται μια αναφορά στους μηχανισμούς διάσπασης του εδάφους και αναλύεται εκτενέστερα το φαινόμενο του ιονισμού του εδάφους, καθώς και τα μοντέλα τα οποία χρησιμοποιούνται για τη μοντελοποίηση του. Στο κεφάλαιο 4, παρουσιάζονται τα μοντέλα, βάσει των οποίων γίνεται η προσομοίωση των συστημάτων γείωσης. Αρχικά γίνεται μια αναφορά στα πρωτοεμφανιζόμενα μοντέλα προσομοίωσης των ηλεκτροδίων γείωσης κι έπειτα αναλύονται τα μεταγενέστερα μοντέλα της κυκλωματικής προσέγγισης, της προσέγγισης ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, της προσέγγισης της γραμμής μεταφοράς καθώς και της υβριδικής προσέγγισης. Στο κεφάλαιο 5, γίνεται μια αναφορά στην έννοια της ηλεκτροπληξίας, στην επικινδυνότητα του ηλεκτρικού ρεύματος για τον άνθρωπο, στην αγώγιμη φύση του ανθρώπινου σώματος και στις παρενέργειες που μπορεί να επιφέρει η διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος μέσω αυτού στον άνθρωπο. Στο κεφάλαιο 6, παρουσιάζονται τα χαρακτηριστικά του συστήματος γείωσης που εξομοιώνεται σε αυτήν την εργασία και τα ισοδύναμα του συστήματος και του ανθρώπου όπως δημιουργήθηκαν στο πρόγραμμα εξομοίωσης ATP-EMTP. Στο κεφάλαιο 7, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της εξομοίωσης για κάθε περίπτωση, υπό μορφή διαγραμμάτων, και συνοψίζονται σε πίνακες και γραφήματα. Έπειτα γίνεται η ανάλυση και η σύγκρισή τους και στο τέλος παρατίθενται οι παρατηρήσεις και τα συμπεράσματα.
Abstract (translated): Lightning protection of wind turbines is a complex problem because of the shape and the placement of these structures in places where lightning strikes are very common, and in many occasions, in places with adverse grounding conditions. For this reasons, the grounding of wind turbines is a situation that must be tackled with particular attention and researches should be done continuously, in order to ensure and ameliorate the effectiveness of their protection systems. In this thesis, the simulation of the grounding system of a wind turbine is being conducted, in order to analyze its transient behavior. The objective of the simulation, is the calculation and analysis of the developed step voltage and touch voltage to a human standing near the wind turbine tower, in case that a lightning strike hits the wind turbine. The analysis of the developed step and touch voltage was done for various lightning strikes, with different peak current values and different construction materials of the wind turbine’s foundation. In the end, the comparison of the measurements of the developed step and touch voltages takes place and the possible effects that they may have on human are referred. For the simulation of the grounding system, the circuit approach model was used, according to which the grounding electrodes are modeled by distributed circuits, consisted of series resistors and inductors and transverse conductivities and capacitances. For the human equivalent circuit, the human body was represented by an association of electrical components, where a group of elements is associated with a particular body part. The simulation of the grounding system, took place in a computer, with the use of the simulation program ATP-EMTP and the circuit’s parameters were calculated with the use of Microsoft Excel. More specifically: In Chapter 1, there is an introduction to the meaning and the basic definitions regarding grounding, a reference to the various grounding types and grounding systems and the presentation of the types of grounding electrodes. Also a reference to the particularities and grounding dispositions of wind turbines is made. In Chapter 2, the ground resistance, the soil resistivity, the impulse impedance and the critical electric field strength, which are all the main characteristics that affect the response of grounding systems, are presented. In Chapter 3, there is a reference to the soil breakdown mechanisms, while the phenomenon of soil ionization along with the models that are used for its modelling are analyzed more extensively. In Chapter 4, the models that the simulation of grounding systems is based on, are presented. Initially, a reference to the first appeared models for the simulation of grounding electrodes is made, and then the later developed models of the circuit approach, electromagnetic field, transmission line and the hybrid model are analyzed. In Chapter 5, there is a reference to the meaning of electric shock, the dangerousness of the electric current for humans, the conductive nature of the human body and the side-effects that the passage of electric current through it may have on humans. In Chapter 6, the characteristics of the grounding system that is simulated in this thesis and the equivalent circuits regarding the grounding system and the human body, as created in the simulation program ATP-EMPT, are presented. In Chapter 7, the simulation results of each case are presented and summarized in graphs. Then the analysis and the comparison between them takes place and in the end, the observations and conclusions are listed.
Appears in Collections:Τμήμα Ηλεκτρολ. Μηχαν. και Τεχνολ. Υπολογ. (ΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ.pdfΔιπλωματική Εργασία3.03 MBAdobe PDFView/Open


This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons